5.3. Этапы моделирования.

Процесс моделирования базы данных является итерационным – допускающим возврат к предыдущим этапам для пересмотра ранее принятых решений и включает ряд этапов.

1. Выделение сущностей и связей между ними.

2. Построение диаграмм ER-типа для всех сущностей и их связей.

3. Формирование с использованием диаграмм ER-типа набора предварительных отношений с указанием предполагаемого первичного ключа для каждого отношения.

4. Добавление неключевых атрибутов в отношения.

5. Приведение предварительных отношений к нормальной форме Бойса-Кодда, например, с помощью метода нормальных форм.

6. Пересмотр ER-диаграмм в следующих случаях:

• некоторые отношения не приводятся к нормальной форме Бойса-Кодда;

• некоторым атрибутам не находится логически обоснованных мест в предварительных отношениях.

После преобразования ER-диаграмм осуществляется повторное выполнение предыдущих этапов проектирования (возврат к этапу 1).

Одним из узловых этапов проектирования является этап формирования отношений. Рассмотрим процесс формирования предварительных отношений, составляющих первичный вариант схемы базы данных.

В рассмотренных выше примерах связь ВЕДЕТ всегда соединяет две сущности и поэтому является бинарной. Сформулированные ниже правила формирования отношений из диаграмм ER-типа распространяются именно на бинарные связи. Поэтому, когда речь идет о связях, слово “бинарные” далее опускается.

5.4. Правила формирования отношений.

Правила формирования отношений основываются на учете:

1. степени связи между сущностями (1:1, 1:М, М:1, М:М);

2. класса принадлежности экземпляров сущностей (обязательный и необязательный).

Рассмотрим формулировки шести правил формирования отношений на основе диаграмм ER-типа.

Формирование отношений для связи 1:1.

Правило 1. Если степень бинарной связи 1:1 и класс принадлежности обеих сущностей обязательный, то формируется одно отношение. Первичным ключом этого отношения может быть ключ любой из двух сущностей.

На рис. 6 приведены диаграмма ER-типа и отношение, сформированное по правилу 1 на ее основе.

1 1

К1,… К2,… К1К2

Рис. 6. Диаграмма и отношение для правила 1

На рисунке используются следующие обозначения:

Cl, C2 – сущности 1 и 2;

Kl, K2 – ключи первой и второй сущности соответственно;

R1 – отношение 1, сформированное на основе первой и второй сущностей;

Kl, … или K2, ... означает, что ключом сформированного отношения может быть либо К1, либо К2.

Это и другие правила будем проверять, рассматривая различные варианты связи ПРЕПОДАВАТЕЛЬ ВЕДЕТ ДИСЦИПЛИНУ. Пусть сущность ПРЕПОДАВАТЕЛЬ характеризуется атрибутами НП (идентификационный номер преподавателя), ФИО (фамилия, имя и отчество), Стаж (стаж преподавателя). Сущность ДИСЦИПЛИНА характеризуется соответственно атрибутами КД (код дисциплины), Часы (часы, отводимые на дисциплину). Тогда схема отношения, содержащего информацию об обеих сущностях, и само отношение для случая, когда степень связи равна 1:1, а класс принадлежности обязательный для всех сущностей, могут иметь вид, показанный на рис. 7.

ПРЕПОДАВАТЕЛЬ_ДИСЦИПЛИНА (НП,ФИО, Стаж, КД, Часы)

ПРЕПОДАВАТЕЛЬ_ДИСЦИПЛИНА

НП	ФИО	Стаж	КД	Часы
П1	Иванов	5	К1	62
П2	Петров	7	К2	74
ПЗ	Сидоров	10	К3	102
П4	Егоров	5	К4	80

Рис. 7. Полученные по правилу 1 схема и отношение

Сформированное отношение содержит полную информацию о преподавателях, дисциплинах и о том, как они связаны между собой. Так, преподаватель Иванов ведет только дисциплину с кодом К1, а дисциплина К1 ведется только Ивановым (связь 1:1). В этом отношении отсутствуют пустые поля (класс принадлежности обязательный для всех сущностей), т. к. нет преподавателей, которые бы что-то не вели, и нет дисциплин, которые никто не ведет. Таким образом, одного отношения в данном случае достаточно. В качестве первичного ключа может быть выбран ключ первого отношения НП или ключ второго отношения КД.

1. 1



К1,… К2,… К1, К2 К2

Рис. 8. Диаграмма и отношения для правила 2

Правило 2. Если степень связи 1:1 и класс принадлежности одной сущности обязательный, а второй – необязательный, то под каждую из сущностей формируется по одному отношению с первичными ключами, являющимися ключами соответствующих сущностей. Далее к отношению, сущность которого имеет обязательный класс принадлежности, добавляется в качестве атрибута ключ сущности с необязательным классом принадлежности.

На рис. 8 приведены диаграмма ER-типа и отношения, сформированные по правилу 2 на ее основе.

Чтобы убедиться в справедливости правила, рассмотрим следующий пример. На рис. 9 приведено исходное отношение, содержащее информацию о преподавателях и дисциплинах. Оно представляет вариант, в котором класс принадлежности сущности ПРЕПОДАВАТЕЛЬ является обязательным, а сущности ДИСЦИПЛИНА – необязательным. При этом пробелы “---” (пустые поля) присутствуют во всех кортежах с информацией о дисциплинах, которые не ведутся ни одним из преподавателей.

ПРЕПОДАВАТЕЛЬ_ДИСЦИПЛИНА

	НП	ФИО			Стаж	КД	Часы
	П1	Иванов			5	К1	62
	П2	Петров			7	К2	74
	ПЗ	Сидоров			10	К3	102
	---	----			--	К4	80

КД Часы НП К1 62 П1 К2 74 ПЗ КЗ 102

НП КД П1 К1 ПЗ К2

КД Часы К1 62 К2 74 КЗ 102

ДИСЦИПЛИНА

ДИСЦИПЛИНА

Рис. 9. Исходное отношение

Избежать этой ситуации можно, применив правило 2, в соответствии с которым, формируются два отношения, приведенные на рис. 10.

ПРЕПОДАВАТЕЛЬ ДИСЦИПЛИНА

НП	ФИО	Стаж	КД		КД	Часы
П1	Иванов	5	К1		К1	62
П2	Петров	7	К2		К2	74
ПЗ	Сидоров	10	К3		К3	102
					К4	80

Рис.10. Отношения, полученные по правилу 2

В результате мы избежали пустых полей в отношениях, не потеряв данных. Добавив атрибут КД – ключ сущности ДИСЦИПЛИНА (с необязательным классом принадлежности) в качестве внешнего ключа в отношение, соответствующее сущности ПРЕПОДАВАТЕЛЬ (с обязательным классом принадлежности), мы связали отношения (рис. 11).

НП

ФИО

Стаж

КД

КД

Часы

Рис. 11. Связь отношений по внешнему ключу

Точнее говоря, мы создали условия для связывания отношений. Это связывание при работе с базой данных позволяет, например, получать одновременно данные о преподавателе и о ведущихся им дисциплинах (часах).

Правило 3. Если степень связи 1:1 и класс принадлежности обеих сущностей является необязательным, то необходимо использовать три отношения. Два отношения соответствуют связываемым сущностям, ключи которых являются первичными в этих отношениях. Третье отношение является связным между первыми двумя, поэтому его ключ объединяет ключевые атрибуты связываемых отношений.

1 1

 

К1,… К2,… К1,… К2,…

К1, К2

Рис. 12. Диаграмма и отношения для правила 3

На рис. 12 приведены диаграмма ER-типа и отношения, сформированные по правилу 3 на ее основе.

На рис.13 приведены примеры отношений, подтверждающие необходимость использования трех отношений при наличии необязательного класса принадлежности для обеих связываемых сущностей. Использование одного отношения в рассматриваемом случае приводит к наличию нежелательных пустых полей в этом отношении (рис.1За). При использовании двух отношений (рис. 13б) нам пришлось добавить ключи каждой из сущностей в отношение, соответствующее другой сущности, чтобы не потерять сведения о том, какую дисциплину ведет каждый преподаватель и наоборот. При этом также появились пустые поля.

а) одно отношение

ПРЕПОДАВАТЕЛЬ_ДИСЦИПЛИНА

НП	ФИО	Стаж	КД	Часы
П1	Иванов	5	К1	62
П2	Петров	7	---	---
ПЗ	Сидоров	10	К3	102
---	----	--	К4	80

б) два отношения

ПРЕПОДАВАТЕЛЬ ДИСЦИПЛИНА

НП	ФИО	Стаж	КД		КД	Часы	НД
П1	Иванов	5	К1		К1	62	П1
П2	Петров	7	---		К3	102	П3
ПЗ	Сидоров	10	К3		К4	80	---

в) три отношения

ПРЕПОДАВАТЕЛЬ ВЕДЕТ ДИСЦИПЛИНУ

НП	ФИО	Стаж		НД	КД		КД	Часы
П1	Иванов	5		П1	К1		К1	62
П2	Петров	7		ПЗ	К3		К3	102
ПЗ	Сидоров	10					К4	80

Рис. 13. Варианты отношений для правила 3

Выход заключается в использовании трех отношений, сформированных по правилу 3 (рис. 13). Объектные отношения (с атрибутами сущностей) содержат полную информацию обо всех преподавателях и дисциплинах соответственно. Связное отношение ВЕДЕТ содержит данные о преподавателях, которые ведут дисциплины, и о дисциплинах, которые ведутся преподавателями. При этом в нем имеется только одно упоминание о каждом преподавателе и дисциплине в силу связи 1:1. Это отношение содержит в данном случае только ключевые атрибуты обеих сущностей, но может иметь и другие атрибуты, характеризующие эту связь. Например, номер семестра, в котором преподаватель ведет дисциплину.

Итак, сформулированы три правила, которые позволяют формировать отношения на основе ER-диаграмм для вариантов со степенью связи типа 1:1. Сформулируем аналогичные два правила для вариантов, степень связи между сущностями которых 1:М.